I 2008, Kate Upton kom til casting i den fasjonable byrået Elite Model Management i Miami og ble umiddelbart innlagt på de statlige modeller. Snart flyttet hun til New York og signerte en kontrakt med en stor internasjonal byrået IMG Models. Den første store fotoseanse for magasiner var Upton Garage og Dooney & Bourke.
I 2010 og 2011, ble hun ansiktet av glanset magasin Guess. I 2011 Upton dukket opp på sidene til Sports Illustrated Swimsuit Issue i kroppskunst, og fikk en debutant av året. Hun spilte også for reklamebyråer Beach Bunny Badetøy og Victorias Secret. I tillegg er en fotoseanse med Kate Upton dukket opp i magasiner Complex og Esquire, hvor hun ble valgt "damen i sommer."
I april 2011 dukket fashion modell i flere videoer som sirkulerer på internett. Spesielt populær var den videoen med resultatene av hip-hop sanger Cat Daddy, regissert av Terry Richardson. Dans i et åpenhjertig bikini blonde med elegant figur tiltrukket alles oppmerksomhet, og valsen scoret 750.000 visninger per dag. Deretter ble den fjernet fra YouTube for brudd på nettstedets regler for å begrense seksuelt innhold video.
I februar 2012 dukket modell på forsiden av Sports Illustrated Swimsuit Issue og deltatt som gjest på flere tv-programmer. Fungerende debut Kate Upton ble en mindre rolle i filmen "Tower Heist" (2011). Året etter, dukket hun i filmen "The Three Stooges" (2012), hvor han også spilte en sekundær rolle.